Linux下C編程基礎(chǔ)之：make工程管理器

到此為止，讀者已經(jīng)了解了如何在Linux下使用編輯器編寫代碼，如何使用gcc把代碼編譯成可執(zhí)行文件，還學(xué)習(xí)了如何使用gdb來調(diào)試程序，那么，所有的工作看似已經(jīng)完成了，為什么還需要make這個(gè)工程管理器呢？

所謂工程管理器，顧名思義，是用于管理較多的文件。讀者可以試想一下，由成百上千個(gè)文件構(gòu)成的項(xiàng)目，如果其中只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)文件進(jìn)行了修改，按照之前所學(xué)的gcc編譯工具，就不得不把這所有的文件重新編譯一遍，因?yàn)榫幾g器并不知道哪些文件是最近更新的，而只知道需要包含這些文件才能把源代碼編譯成可執(zhí)行文件，于是，程序員就不得不重新輸入數(shù)目如此龐大的文件名以完成最后的編譯工作。

編譯過程分為編譯、匯編、鏈接階段，其中編譯階段僅檢查語法錯(cuò)誤以及函數(shù)與變量是否被正確地聲明了，在鏈接階段則主要完成函數(shù)鏈接和全局變量的鏈接。因此，那些沒有改動(dòng)的源代碼根本不需要重新編譯，而只要把它們重新鏈接進(jìn)去就可以了。所以，人們就希望有一個(gè)工程管理器能夠自動(dòng)識(shí)別更新了的文件代碼，而不需要重復(fù)輸入冗長(zhǎng)的命令行，這樣，make工程管理器就應(yīng)運(yùn)而生了。

實(shí)際上，make工程管理器也就是個(gè)“自動(dòng)編譯管理器”，這里的“自動(dòng)”是指它能夠根據(jù)文件時(shí)間戳自動(dòng)發(fā)現(xiàn)更新過的文件而減少編譯的工作量，同時(shí)，它通過讀入makefile文件的內(nèi)容來執(zhí)行大量的編譯工作。用戶只需編寫一次簡(jiǎn)單的編譯語句就可以了。它大大提高了實(shí)際項(xiàng)目的工作效率，而且?guī)缀跛蠰inux下的項(xiàng)目編程均會(huì)涉及它，希望讀者能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容。

makefile是make讀入的惟一配置文件，因此本節(jié)的內(nèi)容實(shí)際就是講述makefile的編寫規(guī)則。在一個(gè)makefile中通常包含如下內(nèi)容：

n 需要由make工具創(chuàng)建的目標(biāo)體（target），通常是目標(biāo)文件或可執(zhí)行文件；

n 要?jiǎng)?chuàng)建的目標(biāo)體所依賴的文件（dependency_file）；

n 創(chuàng)建每個(gè)目標(biāo)體時(shí)需要運(yùn)行的命令（command），這一行必須以制表符（tab鍵）開頭。

它的格式為：

target:dependency_files

command/*該行必須以tab鍵開頭*/

例如，有兩個(gè)文件分別為hello.c和hello.h，創(chuàng)建的目標(biāo)體為hello.o，執(zhí)行的命令為gcc編譯指令：gcc–chello.c，那么，對(duì)應(yīng)的makefile就可以寫為：

#Thesimplestexample

hello.o:hello.chello.h

gcc–chello.c–ohello.o

接著就可以使用make了。使用make的格式為：maketarget，這樣make就會(huì)自動(dòng)讀入makefile（也可以是首字母大寫的Makefile）并執(zhí)行對(duì)應(yīng)target的command語句，并會(huì)找到相應(yīng)的依賴文件。如下所示：

[root@localhostmakefile]#makehello.o

gcc–chello.c–ohello.o

[root@localhostmakefile]#ls

hello.chello.hhello.omakefile

可以看到，makefile執(zhí)行了“hello.o”對(duì)應(yīng)的命令語句，并生成了“hello.o”目標(biāo)體。

注意

在makefile中的每一個(gè)command前必須有“Tab”符，否則在運(yùn)行make命令時(shí)會(huì)出錯(cuò)。

上面示例的makefile在實(shí)際中是幾乎不存在的，因?yàn)樗^于簡(jiǎn)單，僅包含兩個(gè)文件和一個(gè)命令，在這種情況下完全不必要編寫makefile而只需在shell中直接輸入即可，在實(shí)際中使用的makefile往往是包含很多的文件和命令的，這也是makefile產(chǎn)生的原因。下面就可給出稍微復(fù)雜一些的makefile進(jìn)行講解。

david:kang.oyul.o

gcckang.obar.o-omyprog

kang.o:kang.ckang.hhead.h

gcc–Wall–O-g–ckang.c-okang.o

yul.o:bar.chead.h

gcc-Wall–O-g–cyul.c-oyul.o

在這個(gè)makefile中有3個(gè)目標(biāo)體（target），分別為david、kang.o和yul.o，其中第一個(gè)目標(biāo)體的依賴文件就是后兩個(gè)目標(biāo)體。如果用戶使用命令“makedavid”，則make管理器就是找到david目標(biāo)體開始執(zhí)行。

這時(shí)，make會(huì)自動(dòng)檢查相關(guān)文件的時(shí)間戳。首先，在檢查“kang.o”、“yul.o”和“david”3個(gè)文件的時(shí)間戳之前，它會(huì)向下查找那些把“kang.o”或“yul.o”作為目標(biāo)文件的時(shí)間戳。比如，“kang.o”的依賴文件為“kang.c”、“kang.h”、“head.h”。如果這些文件中任何一個(gè)的時(shí)間戳比“kang.o”新，則命令“gcc–Wall–O-g–ckang.c-okang.o”將會(huì)執(zhí)行，從而更新文件“kang.o”。在更新完“kang.o”或“yul.o”之后，make會(huì)檢查最初的“kang.o”、“yul.o”和“david”3個(gè)文件，只要文件“kang.o”或“yul.o”中的至少有一個(gè)文件的時(shí)間戳比“david”新，則第二行命令就會(huì)被執(zhí)行。這樣，make就完成了自動(dòng)檢查時(shí)間戳的工作，開始執(zhí)行編譯工作。這也就是make工作的基本流程。

接下來，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化編輯和維護(hù)makefile，make允許在makefile中創(chuàng)建和使用變量。變量是在makefile中定義的名字，用來代替一個(gè)文本字符串，該文本字符串稱為該變量的值。在具體要求下，這些值可以代替目標(biāo)體、依賴文件、命令以及makefile文件中其他部分。在makefile中的變量定義有兩種方式：一種是遞歸展開方式，另一種是簡(jiǎn)單方式。

遞歸展開方式定義的變量是在引用該變量時(shí)進(jìn)行替換的，即如果該變量包含了對(duì)其他變量的引用，則在引用該變量時(shí)一次性將內(nèi)嵌的變量全部展開，雖然這種類型的變量能夠很好地完成用戶的指令，但是它也有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，如不能在變量后追加內(nèi)容（因?yàn)檎Z句：CFLAGS=$(CFLAGS)-O在變量擴(kuò)展過程中可能導(dǎo)致無窮循環(huán)）。

為了避免上述問題，簡(jiǎn)單擴(kuò)展型變量的值在定義處展開，并且只展開一次，因此它不包含任何對(duì)其他變量的引用，從而消除變量的嵌套引用。

遞歸展開方式的定義格式為：VAR=var。

簡(jiǎn)單擴(kuò)展方式的定義格式為：VAR:=var。

make中的變量使用均使用的格式為：$(VAR)。

注意

變量名是不包括“:”、“#”、“=”以及結(jié)尾空格的任何字符串。同時(shí)，變量名中包含字母、數(shù)字以及下劃線以外的情況應(yīng)盡量避免，因?yàn)樗鼈兛赡茉趯肀毁x予特別的含義。

變量名是大小寫敏感的，例如變量名“foo”、“FOO”、和“Foo”代表不同的變量。

推薦在makefile內(nèi)部使用小寫字母作為變量名，預(yù)留大寫字母作為控制隱含規(guī)則參數(shù)或用戶重載命令選項(xiàng)參數(shù)的變量名。

下面給出了上例中用變量替換修改后的makefile，這里用OBJS代替kang.o和yul.o，用CC代替gcc，用CFLAGS代替“-Wall-O–g”。這樣在以后修改時(shí)，就可以只修改變量定義，而不需要修改下面的定義實(shí)體，從而大大簡(jiǎn)化了makefile維護(hù)的工作量。

經(jīng)變量替換后的makefile如下所示：

OBJS=kang.oyul.o

CC=gcc

CFLAGS=-Wall-O-g

david:$(OBJS)

$(CC)$(OBJS)-odavid

kang.o:kang.ckang.h

$(CC)$(CFLAGS)-ckang.c-okang.o

yul.o:yul.cyul.h

$(CC)$(CFLAGS)-cyul.c-oyul.o

可以看到，此處變量是以遞歸展開方式定義的。

makefile中的變量分為用戶自定義變量、預(yù)定義變量、自動(dòng)變量及環(huán)境變量。如上例中的OBJS就是用戶自定義變量，自定義變量的值由用戶自行設(shè)定，而預(yù)定義變量和自動(dòng)變量為通常在makefile都會(huì)出現(xiàn)的變量，它們的一部分有默認(rèn)值，也就是常見的設(shè)定值，當(dāng)然用戶可以對(duì)其進(jìn)行修改。

預(yù)定義變量包含了常見編譯器、匯編器的名稱及其編譯選項(xiàng)。表3.15列出了makefile中常見預(yù)定義變量及其部分默認(rèn)值。

表3.15 makefile中常見的預(yù)定義變量

預(yù)定義變量

含義

AR

庫(kù)文件維護(hù)程序的名稱，默認(rèn)值為ar

AS

匯編程序的名稱，默認(rèn)值為as

CC

C編譯器的名稱，默認(rèn)值為cc

CPP

C預(yù)編譯器的名稱，默認(rèn)值為$(CC)–E

CXX

C++編譯器的名稱，默認(rèn)值為g++

FC

Fortran編譯器的名稱，默認(rèn)值為f77

RM

文件刪除程序的名稱，默認(rèn)值為rm–f

ARFLAGS

庫(kù)文件維護(hù)程序的選項(xiàng)，無默認(rèn)值

ASFLAGS

匯編程序的選項(xiàng)，無默認(rèn)值

CFLAGS

C編譯器的選項(xiàng)，無默認(rèn)值

CPPFLAGS

C預(yù)編譯的選項(xiàng)，無默認(rèn)值

CXXFLAGS

C++編譯器的選項(xiàng)，無默認(rèn)值

FFLAGS

Fortran編譯器的選項(xiàng)，無默認(rèn)值

可以看出，上例中的CC和CFLAGS是預(yù)定義變量，其中由于CC沒有采用默認(rèn)值，因此，需要把“CC=gcc”明確列出來。

由于常見的gcc編譯語句中通常包含了目標(biāo)文件和依賴文件，而這些文件在makefile文件中目標(biāo)體所在行已經(jīng)有所體現(xiàn)，因此，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化makefile的編寫，就引入了自動(dòng)變量。自動(dòng)變量通?？梢源砭幾g語句中出現(xiàn)目標(biāo)文件和依賴文件等，并且具有本地含義（即下一語句中出現(xiàn)的相同變量代表的是下一語句的目標(biāo)文件和依賴文件）。表3.16列出了makefile中常見的自動(dòng)變量。

表3.16 makefile中常見的自動(dòng)變量

自動(dòng)變量

含義

$*

不包含擴(kuò)展名的目標(biāo)文件名稱

$+

所有的依賴文件，以空格分開，并以出現(xiàn)的先后為序，可能包含重復(fù)的依賴文件

$<

第一個(gè)依賴文件的名稱

$?

所有時(shí)間戳比目標(biāo)文件晚的依賴文件，并以空格分開

$@

目標(biāo)文件的完整名稱

$^

所有不重復(fù)的依賴文件，以空格分開

$%

如果目標(biāo)是歸檔成員，則該變量表示目標(biāo)的歸檔成員名稱

自動(dòng)變量的書寫比較難記，但是在熟練了之后使用會(huì)非常方便，請(qǐng)讀者結(jié)合下例中的自動(dòng)變量改寫的makefile進(jìn)行記憶。

OBJS=kang.oyul.o

CC=gcc

CFLAGS=-Wall-O-g

david:$(OBJS)

$(CC)$^-o$@

kang.o:kang.ckang.h

$(CC)$(CFLAGS)-c$<-o$@

yul.o:yul.cyul.h

$(CC)$(CFLAGS)-c$<-o$@

另外，在makefile中還可以使用環(huán)境變量。使用環(huán)境變量的方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，make在啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)讀取系統(tǒng)當(dāng)前已經(jīng)定義了的環(huán)境變量，并且會(huì)創(chuàng)建與之具有相同名稱和數(shù)值的變量。但是，如果用戶在makefile中定義了相同名稱的變量，那么用戶自定義變量將會(huì)覆蓋同名的環(huán)境變量。

makefile的規(guī)則是make進(jìn)行處理的依據(jù)，它包括了目標(biāo)體、依賴文件及其之間的命令語句。在上面的例子中，都顯式地指出了makefile中的規(guī)則關(guān)系，如“$(CC)$(CFLAGS)-c$<-o$@”，但為了簡(jiǎn)化makefile的編寫，make還定義了隱式規(guī)則和模式規(guī)則，下面就分別對(duì)其進(jìn)行講解。

隱含規(guī)則能夠告訴make怎樣使用傳統(tǒng)的規(guī)則完成任務(wù)，這樣，當(dāng)用戶使用它們時(shí)就不必詳細(xì)指定編譯的具體細(xì)節(jié)，而只需把目標(biāo)文件列出即可。make會(huì)自動(dòng)搜索隱式規(guī)則目錄來確定如何生成目標(biāo)文件。如上例就可以寫成：

OBJS=kang.oyul.o

CC=gcc

CFLAGS=-Wall-O-g

david:$(OBJS)

$(CC)$^-o$@

為什么可以省略后兩句呢？因?yàn)閙ake的隱式規(guī)則指出：所有“.o”文件都可自動(dòng)由“.c”文件使用命令“$(CC)$(CPPFLAGS)$(CFLAGS)-cfile.c–ofile.o”來生成。這樣“kang.o”和“yul.o”就會(huì)分別通過調(diào)用“$(CC)$(CFLAGS)-ckang.c-okang.o”和“$(CC)$(CFLAGS)-cyul.c-oyul.o”來生成。

注意

在隱式規(guī)則只能查找到相同文件名的不同后綴名文件，如“kang.o”文件必須由“kang.c”文件生成。

表3.17給出了常見的隱式規(guī)則目錄。

表3.17 makefile中常見隱式規(guī)則目錄

對(duì)應(yīng)語言后綴名

隱式規(guī)則

C編譯：.c變?yōu)?o

$(CC)–c$(CPPFLAGS)$(CFLAGS)

C++編譯：.cc或.C變?yōu)?o

$(CXX)-c$(CPPFLAGS)$(CXXFLAGS)

Pascal編譯：.p變?yōu)?o

$(PC)-c$(PFLAGS)

Fortran編譯：.r變?yōu)?o

$(FC)-c$(FFLAGS)

模式規(guī)則是用來定義相同處理規(guī)則的多個(gè)文件的。它不同于隱式規(guī)則，隱式規(guī)則僅僅能夠用make默認(rèn)的變量來進(jìn)行操作，而模式規(guī)則還能引入用戶自定義變量，為多個(gè)文件建立相同的規(guī)則，從而簡(jiǎn)化makefile的編寫。

模式規(guī)則的格式類似于普通規(guī)則，這個(gè)規(guī)則中的相關(guān)文件前必須用“%”標(biāo)明。使用模式規(guī)則修改后的makefile的編寫如下：

OBJS=kang.oyul.o

CC=gcc

CFLAGS=-Wall-O-g

david:$(OBJS)

$(CC)$^-o$@

%.o:%.c

$(CC)$(CFLAGS)-c$<-o$@

使用make管理器非常簡(jiǎn)單，只需在make命令的后面鍵入目標(biāo)名即可建立指定的目標(biāo)，如果直接運(yùn)行make，則建立makefile中的第一個(gè)目標(biāo)。

此外make還有豐富的命令行選項(xiàng)，可以完成各種不同的功能。表3.18列出了常用的make命令行選項(xiàng)。

表3.18 make的命令行選項(xiàng)

命令格式

含義

-Cdir

讀入指定目錄下的makefile

-ffile

讀入當(dāng)前目錄下的file文件作為makefile

-I

忽略所有的命令執(zhí)行錯(cuò)誤

-Idir

指定被包含的makefile所在目錄

-n

只打印要執(zhí)行的命令，但不執(zhí)行這些命令

-p

顯示make變量數(shù)據(jù)庫(kù)和隱含規(guī)則

-s

在執(zhí)行命令時(shí)不顯示命令

-w

如果make在執(zhí)行過程中改變目錄，則打印當(dāng)前目錄名